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Elektromotor mit überlasts.icherung Die Erfindung bezieht sich auf
einen in zwei Drehrichtungen mit vorwählbarer Drehzahl schaltbaren Elektromotor
für Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom mit einer Gehäuse- oder Ständerwicklung, dem
sogenannten Stator, und einem auf dem Motorantrieb vorgesehenen, als Läufer ausgebildeten
Rotor sowie mit einer überlastsicherung.
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Bei der praktischen Anwendung von Elektromotoren als Antriebe treten
häufig Fälle auf, in denen der Motor nicht ständig durchläuft, sondern nur eine
begrenzte Zeit eingeschaltet bleibt, um über Getriebe, Zahnradgestänge, Kurbeltriebe
oder andere mechanische Kraftüber tr agungsvorrichtungen zeitlich begrenzte mechanische
Bewegungen durchzuführen.Diese Bewegungen, z. B. das Öffnen und SchließeneinesVentils
oder Schiebers, einer Schranke oder eines Tores, sind ihrer Natur nach durch die
mechanischen Endzustände begrenzt. Das Ventil oder der Schieber ist entweder zu
oder aber offen, während die Schranke oder das Tor entweder geschlossen oder aber
geöffnet ist.
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Der übergang der mechanisch zu betätigenden Vorrichtung von der einen
zur anderen Endstellung wird in der Praxis z. B. durch die Drehung der das erforderliche
Drehmoment abgebenden Welle eines Elektromotors bewirkt. Bei Erreichen der jeweiligen
Endstellung muß der Elektromotor ausgeschaltet und für die Ausführung der entgegengesetzten
Bewegung betriebsbereit geschaltet werden.
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Allgemein gebräuchlich und in der Praxis verwendet werden hierzu elektrische
Endkontakte, die durch die Bewegung der zu öffnenden oder zu schließenden oder allgemein
nur zu bewegenden Teile, wie Ventile, Schieber, Schranken, Tore od. dgl., mechanisch
oder kontaktlos durch Magnetismus oder Lichtschranken oder auf andere bekannte Weise
berührungslos betätigt werden. Diese Endkontakte müssen durch elektrische Leitungen
mit dem zum Motor gehörenden Schalter oder Schütz verbunden sein.
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Sind die Endkontakte nicht in gehöriger Zeit vor Erreichen des Endzustandes
durch den zu bewegenden Mechanismus betätigt worden, dann kommt es dazu, daß der
Motor nicht rechtzeitig elektrisch abgeschaltet ist und den Mechanismus mit seinem
maximalen Drehmoment, bei Drehstromasynchronmotoren mit dem vollen Kippmoment in
die Endstellung treibt. Beschädigungen des Mechanismus oder des Elektromotors können
die Folge hiervon sein. In rauhen und schmutzigen Betrieben besteht ferner die Gefahr,
daß die Endkontakte nicht immer funktionsfähig bleiben und daß die Steuerleitungen
unterbrochen werden.
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In anderen in der Praxis vorkommenden Fällen wird von dem antreibenden
Elektromotor verlangt, daß er nur ein begrenztes Drehmoment, übersetzt z. B. in
Zugkraft bei Wickel- und Spulmaschinen, abgibt, damit der zu ziehende Teil, z. B.
ein Draht oder Faden, nicht reißt.
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Es ist ferner ein in zwei Drehrichtungen mit vorwählbarer Drehzahl
schaltbarer Elektromotor bekannt mit einer in bezug auf das abgebbare Drehmoment
einstellbaren, innerhalb des Motorgehäuses vorgesehenen überlastkupplung, wobei
die hohl ausgebildete Rotorwelle- sowie die Motorabtriebswelle auf einem Teil ihrer
Länge als Spindel und Spindelmutter ausgebildet sind und wobei die Hohlwelle durch
Drehung auf der axial raumfesten Motorabtriebswelle zur Betätigung der Kupplung
axial verschiebbar ist.
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Bei diesem bekannten Motor ist die überlastkupplung als Lamellenkupplung
ausgebildet, die sich beim Einsatz im Werkzeugmaschinenbau durchaus bewährt. Die
vorliegende Erfindung hat sich jedoch die Aufgabe gestellt, einen Motor der vorerwähnten
Gattung zu schaffen, der bevorzugt für Kurzzeitbetrieb als sogenannter Schaltmotor
verwendet werden soll. Für solche Anwendungsgebiete ist eine Lamellenkupplung als
überlastschutz ungeeignet, da sie in kürzester Zeit wegen Übererwärmung ausfallen
würde.
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Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise im
wesentlichen dadurch, daß die überlastkupplung aus zwei auf der hohlen Rotorwelle
sitzenden, in entgegengesetzten Drehrichtungen wirksamen Freilaufgetrieben gebildet
ist, die je für sich
mit einer Kupplungsscheibe zusammenwirken,
die wiederum ihrerseits drehunabhängig axial voneinander gehalten sind, und überdies
je für sich über einen Bremsbelag od. idgl. mit je einem Aden Antrieb der Kupplung
auf die Motorabtriebswelle darstellenden Gehäuseteil eines zweiteiligen Kupplungsgehäuses
in Wirkverbindung stehen.
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Ein wesentlicher Vorteil ist bei einem Elektromotor gemäß der Erfindung
darin zu sehen, daß die gleichzeitig angeordneten Bremsbeläge nicht zur Abbremsung
des Motors dienen, sobald er in seine Endstellung gelangt ist, sondern lediglich
zur Öffnung der kraftschlüssigen Verbindung, so daß die Bremsbeläge praktisch eine
sehr hohe Lebensdauer besitzen. Außerdem ist die Kraftschlüssigkeit in entgegengesetzten
Drehrichtungen in vollem Umfange gewährleistet, so daß beim Umschalten des Motors
in der entgegengesetzten Drehrichtung keinerlei Verzögerung, etwa durch den sonst
notwendigen Bremseingriff, entsteht.
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Im übrigen versteht sich die Erfindung samt ihren Vorteilen und ihrer
Wirkungsweise am besten an Hand der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung
wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch
den Motor, wobei sich die Kupplung in der Montage- und Anlaufstellung befindet,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung des Motors, wobei sich die Kupplung
des Motors in Abbremsstellung für eine Drehrichtung befindet, und Fig. 3 eine der
Fig.2 entsprechende Darstellung, wobei sich die Kupplung in der Gegenabbremsstellung
befindet, wobei eine Abbremsung in der gegenüber der Fig. 2 entgegengesetzten Drehrichtung
erfolgt.
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Dabei ist zunächst in einem Motorgehäuse 10 eine Ständerwicklung,
nämlich der sogenannte Stator 11. eines Drehstrommotam, untergebracht. Der ass Läufer
ausgebildete Rotor 12 ist fest auf den Motorabtrieb, und zwar auf eine Hohlwelle
13 aufgepreßt, die innen die eigentliche Motorabtriebswelle 14 trägt. Beide Wellen
13, 14 sind ineinandergeschachtelt und auf einem Teil ihrer Länge als Spindel
15 und Spindelmutter 16 ausgebildet, wobei die Hohlwelle 13 die Spindelmutter
16 und die innenliegende Motorabtriebswelle 14 die Spindel 15 darstellt. Die Motorabtriebswelle
14 ihrerseits ist in beiden Lagerdeckeln 17 des Motorgehäuses 10 gelagert.
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Um zu verhindern, daß beim Anlaufen des Rotors 12 dieser sich auf
der Motorabtriebswelle 14 über das Spindelgewinde 15, 16 verschiebt, ist zwischen
diesen beiden Teilen eine Kupplungsanordnung innerhalb des Motorgehäuses 10 vorgesehen,
die anschließend beschrieben ist.
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Auf der hohlen Rotorwelle 13 sind mit axialem Abstand zueinander zwei
in bekannter Weise als Freilauf in entgegengesetzter Drehrichtung wirkende Rollenlager
18 und 19 angebracht. Diese beiden Rollenlager 18, 19 sind also entgegengesetzt
wirksam, d. h., in der einen Drehrichtung läuft ein Lager frei, ohne ein Drehmoment
zu übertragen, während das andere Lager in seiner Sperrichtung ein Drehmoment überträgt.
In der entgegengesetzten Drehrichtung tritt analog die umgekehrte Wirkung ein.
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über diese beiden Freilaufgetriebe 18, 19 ist die Hohlwelle 13 mit
zwei außen auf den Lagern aufgepreßten Kupplungsscheiben 20 und 21 verbunden. Es
ist hierbei einleuchtend, daß entsprechend der Drehrichtung nur jeweils die mit
dem- gesperrten Freilauf verbundene Kupplungsscheibe kraftschlüssig mit der Hohlwelle
13 in Wirkverbindung steht. Da die beiden z. B. als Hohlkörper ausgebildeten Kupplungsscheiben
20, 21 gegenläufige Bewegungen ausführen können bzw. jeweils immer eine ruht, sind
beide Kupplungsscheiben durch ein Drucklager 22 voneinander drehungsunabhängig gehalten.
Das Drucklager 22 sitzt zwischen zweiTrennscheiben 23, 24, die radial auf dem Umfang
verteilt abwechselnd einen Mitnahmebolzen 25 und eine Druckfeder 26 tragen. Die
Mittelbohrungen in den Trennscheiben 23 und 24 sind so groß gehalten, daß beide
Scheiben frei fliegend auf der Hohlwelle 13 lagern.
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Mittels der Bolzen 25, die in entsprechenden Löchern 27 der Kupplungsscheiben
20, 21 ruhen und darin axial verschiebbar sind, ist jeweils eine Kupplungsscheibe
mit der ihr zugehörigen Trennscheibe drehabhängig verbunden. Mittels der Federn
26 dagegen, die ebenfalls in entsprechenden Löchern 28 der Kupplungsscheiben ruhen
und an den Trennscheiben unverschieblich befestigt sind, werden die beiden Kupplungsscheiben
gegen je einen Bremsbelag 29, 30 gepreßt. Jeder Bremsbelag 29, 30 ist seinerseits
in je einem Teil in .einem zweiteiligen Gehäuse 31, 32 fest. Dieses zweiteilige
Gehäuse 31, 32 ist seinerseits mittels Nut und Feder 33 fast reit der Motorabtriebswelle
14 verbunden und andererseits über die Verbindungs-Schnaubbolen 34 freiliegend lauf
den Kupphingsscheiben ;gelagert.
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Die Wirkungsweise des Motors versteht sich am besten wie folgt. Wird
die Ständerwicklung 1.1 des Motors eingeschaltet, dann läuft bekanntlich der Rotor
12 in Bruchteilen von einer Sekunde auf seine volle Tourenzahl. Infolge der Massenträgheit
und der ruhenden Reibung in der hohlen Rotorwelle 13 mit dem Spindelgewinde, wird
die Motorabtriebswelle 14 ebenfalls über die beschriebene Kupplungsvorrichtung mitgenommen,
wobei je nach Drehrichtung einer der beiden Rollenfreiläufe sperrt. Der anzutreibende
Mechanismus, ein Schieber, ein Tor od. dgl., wird beispielsweise geschlossen.
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Sobald der Schieber, das Tor od. dgl. in seine Endstellung gelangt,
wird die Motorabtriebswelle 14 über die Endlage des Schiebers, Tores od. dgl. mehr
oder weniger ruckartig abgebremst. In diesem Augenblick verdreht sich die in den
Rotor 12 eingepreßte Hohlwelle 13 auf der Motorabtriebswelle 14, die sich wegen
der beiden Drucklager 35 im Lagerdeckel 17 selbst nicht axial verschieben kann.
Es tritt jetzt der in Fig. 2 dargestellte Zustand ein, wobei entsprechend der Drehrichtung
über den nicht gesperrten Freilauf 19 die mit der Hohlwelle 13 bei dieser Drehrichtung
drehabhängig verbundene Kupplungsscheibe 21 auf dem Rollenlager 19 um einen geringen
Betrag axial verschoben wird, so daß die Bremse 29 der kraftschlüssig verbundenen
Kupplungsscheibe 20 gelüftet wird. Damit ist der Kraftschluß zwischen Motorabtriebswelle
14 und dem Rotor 12 unterbrochen.
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Durch die geringe axiale Verschiebung der Hohlwelle 13 wird gleichzeitig
der obere Schalter 36 geöffnet, so daß die Netzspannung abfällt, d. h. der Motor
vom Netz getrennt wird. Infolge der Reibung zwischen Spindel 15 und Spindelmutter
16 bleibt die Bremse 29 auch nach dem Stillstand geöffnet, der Motor kann daher
in dieser Drehrichtung nicht nochmals eingeschaltet werden und den zu betätigenden
Mechanismus unnötig in seiner Endstellung beanspruchen.
Es ist aber
in diesem Zusammenhang auch ohne weiteres möglich, durch Phasenumkehr beim Drehstrommotor
im vorgewählten Beispiel den Motor entgegengesetzt einzuschalten und den geschlossenen
Schieber, das Tor od. dgl. wieder zu öffnen, da die andere Bremse 30 kraftschlüssig
mit der anderen Kupplungsscheibe 21 geblieben ist und auch der untere Schalter 37
geschlossen ist. Ist der Schieber. das Tor od. dgl. dann wieder geöffnet, wiederholt
sich der Abschaltvorgang, indem jetzt die bisher kraftschlüssige Bremse 36 geöffnet
und die andere Gegenbremse 29 gleichzeitig wieder geschlossen wird, so daß der in
Fig. 3 gezeichnete Zustand eintritt.
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Es wird im Rahmen der Erfindung noch darauf hingewiesen, daß man durch
entsprechende Wahl der Druckfedern 26 urd deren Vorspannung die Möglichkeit hat,
das abgebbare Drehmoment des Motors unter seinem Kippmoment zu halten, es kann auch
unter dem Nenndrehmoment gehalten werden, so daß der Motor elektrisch nie überlastet
wird.
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überdies wird durch die Begrenzung der Drehung zwischen Spindel 15
und Spindelmutter 16 infolge der nachgiebigen Druckfedern 26 vermieden, daß sich
das Spindelgewinde in seiner Endstellung festlaufen kann. Durch die Druckfedern
wird im Gegenteil die Anschlagbegrenzung des zu betätigenden Mechanismus elastisch
im Motor aufgefangen.
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Auch ist es ohne weiteres möglich, als Schalter 36, 37 kleine Schaltkontakte
hoher Schaltleistung zu verwenden, die sich bequem im Motorgehäuse 10 unterbringen
lassen. Es ergibt sich bei nicht zu großen Motorleistungen der weitere erhebliche
Vorteil, daß es möglich ist, vor allem kleinere derartige Motoren als Drehstrom-
oder Gleichstrommotoren über einen einfachen Paketschalter für Rechts- und Linkslauf
zu schalten. ohn° daß hierzu ein Wendeschütz notwendig; ist. Dies !;.deutet eine
einfachere Montage und eine nicht unwesentliche Verbilligung der Gesamtanlage.
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Auch könnte man Schaltkontakte z. B. in Form von Mikroschaltern verwenden,
die durch die sich verschiebende hohle Rotorwelle 13 betätigt werden, um dann damit
den Betriebszustand fernzumelden und/ oder weitere automatische Vorgänge auszulösen.
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Es ist im Zusammenhang mit der Beschreibung der Wirkungsweise des
Motors verständlich, daß der eingeschaltete Motor und der durch diesen bewegte Mechanismus
vor dem Erreichen der Endstellung zwischendurch vorübergehend angehalten werden
können, so daß auch Zwischenstellungen durch einfache Betätigung des Motorschalters
erreicht werden können.
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Eine besonders empfindliche Drehr:omentbegrenzung, wie sie im Eingang
der Beschreibung für Wikkel- und Spu;maschinen als vorteilhaft beschrieben ist.
ergibt sich bei diesem neuen Motor, wenn die Reibung zwischen der Spindelmutter
16 und der Spindel 15 sehr klein gehalten wird. Dies kann erreicht werden, wenn
hierfür an sich bekannte Spindelgewinde mit umlaufenden Kugeln verwendet werden,
wie sie beispielsweise auch im Kraftfahrzeugbau für Lenkunken verwendet werden.
Durch eine geringe Reibun-C in der Spindelmutter des Rotors 12 wird die Hohlweile
13 dann infolge des Druckes der Federn 26 elastisch in ihrer Mittellage gehalten.
Erst dann, wenn das an der Abtriebswelle 14 abgenommene Drehmoment einen durch den
Federdruck definierten Wert überschreitet, wird die Hohlwelle 13 auf der Motorabtriebswelle
14 in der beschriebenen Weise verschoben und entkuppelt über die sich öffnenden
Bremsen 29, 30 beide Kupplungsteile 20, 21 und schaltet über die Schaltkontakte
36, 37 den Motor ab. Nach diesem Vorgang wird aber jetzt infolge der geringen Reibung
zwischen Spindel 15 und Spindelmutter 16 durch den Druck der Federn 26 der Rotor
1-L2/ mit seiner Hohlwelle 13 wieder in die Mittellage geschoben. Die Bremse schließt
sich wieder, und der Schaltkontakt geht in seine Ruhestellung zurück.
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Man kann nun je nach dem Anschluß des Motors an das Netz bewirken,
daß entweder der Motor selbsttätig über den sich wieder schließenden Schalter wieder
anläuft oder stehenbleibt, bis er erneut über ein Schaltschütz eingeschaltet wird.
Diese Wiedereinschaltung kann sowohl von Hand als auch automatisch nach einem vorgegebenen
Programm gesteuert werden.
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Und schließlich vereinfacht sich der Motoraufbau dann, wenn er nur
für eine Drehrichtung vorgesehen sein soll, so daß die Kupplungsvorrichtung nur
für diese Drehrichtung wirksam werden muß, wobei z. B. dann nur der in Fig. 2 dargestellte
Teil, dessen Bremse 29 geöffnet ist, benötigt wird. Das Freilaufgetriebe kann dann
ebenso wegfallen, wie die Kupplungsscheibe ihrerseits fest mit der Hohlwelle verbunden
sein kann. Die Trennscheibe mit dem Drucklager würde sich dann zweckmäßig unmittelbar
gegen einen entsprechend geformten Körper an der Lagerdeckelseite abstützen. Um
hierbei den für die Mittellage des Rotors 12 erforderlichen Gegendruck gegen die
Federn 26 zu erreichen, kann in diesem Fall eine zusätzliche Feder zwischen dem
Lagerdeckel an der Kontaktseite und dem Ansatz der Hohlwelle 13, der die Kontakte
betätigt, angeordnet sein. Diese Druckfeder würde sich auf der Motorabtriebswelle
mitdrehen und daher sich gegen ein Drucklager vor dem Lagerdeckel abstützen.
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Und schließlich ist die dargestellte und beschriebene Ausführungsform
eines in zwei Drehrichtungen schaltbaren Motors nur ein Beispiel für die praktische
Verwirklichung der Erfindung, und diese ist nicht allein hierauf beschränkt, vielmehr
sind noch mancherlei andere Ausführungen sowie Anwendungen möglich.
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Dies bezieht ;sich nicht nur allein auf konstruktiv abgewandelte Merkmale,
sondern auch darauf, daß man diesen Motor .auch nur für eine Drehrichtung verwenden
kann. Auch die Betätigung der Kuppelung sowie der Schalter oder Schaltkontakte könnte
abweichend von der Ausführung auch durch die Motorabtriebswelle erfolgen.
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Damit man bei Ausfall der Netzspannung auch den durch den erfindungsgemäßen
Motor anzutreibenden Mechanismus von Hand z. B. öffnen oder schließen kann, ist
die Motorabtriebswelle 14 auf der Kupplungsseite durch den Lagerdeckel
17 herausgeführt und kann z. B. mittels einer mit einem Sechskant versehenen
Kurbel an dem auf der Welle angebrachten Sechskant 38 gedreht werden.